2021年中南民族大學軟件工程專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷A(有答案)

2021年中南民族大學軟件工程專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷

A（有答案）

一、選擇題

1、下面關(guān)于計算機Cache的論述中，正確的是（）。

ACache是一種介于主存和輔存之間的存儲器，用于主存和輔存之間的緩沖存儲

B.如果訪問Cache不命中，則用從內(nèi)存中取到的字節(jié)代替Cache中最近訪問過的字節(jié)

C.Cache的命中率必須很高，一般要達到90%以上

D.Cache中的信息必須與主存中的信息時刻保持一致

2、某C語言程序段如下：

for（i=0；i<9：i++）{

temp=l；

for（j=0：j<=i；j++）

temp+=a[J]；

sum+=temp：

}

下列關(guān)于數(shù)組a的訪問局部性的描述中，正確的是（）。

A.時間局部性和空間局部性皆有

B.無時間局部性，有空間局部性

C.有時間局部性，無空間局部性

D.時間局部性和空間局部性皆無

3、在補碼一位乘中，若判斷位匕丫群尸01,則應執(zhí)行的操作為（）。

A.原部分積加［?x］補，然后右移一位

B,原部分積加岡補，然后右移一位

C.原部分積加［-X］訃，然后左移一位

D,原部分積加岡訃，然后左移一位

4、某字長為8位的計算機中，已知整型變量x、y的機器數(shù)分別為

岡產(chǎn)11110100，仞產(chǎn)10110000.若整型變量z=2x+y/2,則z的機器數(shù)為（）。

A.11000000B.00100100C.10101010D.溢出

5、在浮點機中，（）是隱藏的。

A.階碼B.數(shù)符C.尾數(shù)D.基數(shù)

6、下列有關(guān)總線定時的敘述中，錯誤的是〈〉。

A.異步通信方式中，全互鎖協(xié)議最慢

B,異步通信方式中，非互鎖協(xié)議的可靠性最差

C.同步通信方式中，同步時鐘信號可由各設備提供

D.半同步通信方式中，握手信號的采樣由同步時鐘控制

7、一次總線事務中，主設備只需給出一個首地址，從設備就能從首地址開始的若干連續(xù)

單元讀出或?qū)懭攵鄠€數(shù)據(jù)。這種總線事務方式稱為（）。

A.并行傳輸B.串行傳輸（:.突發(fā)傳輸D.同步傳輸

8、（）可區(qū)分存儲單元中在放的是指令還是數(shù)據(jù)。

A.存儲器B.運算C.用戶D.控制器

9、計算機硬件能夠直接執(zhí)行的是（）。

1.機器語言程序1口.匯編語言程序DI.硬件描述語言程序入

A.僅iB.僅I、nc.僅i、inD.i、n、m

10、某CPU主頻為1.03GHz,采用4級指令流水線，每個流水段的執(zhí)行需要1個時鐘周

期。假定CPU執(zhí)行了100條指令，在其執(zhí)行過程中，沒有發(fā)生任何流水，線阻塞，此時

流水線的吞吐率為（）。

AO25X109條指令/秒

B.0.97X109條指令/秒

CL0X109條指令/秒

D.1.03X109條指令/秒

1L某計算機的指令流水線由4個功能段組成，指令流經(jīng)各功能段的時間（忽略各功能段

之間的緩存時間）分別為90ns,80ns、70ns和60ns,則該計算機的CPU時鐘周期至

少是）（）。

A.90nsB.80nsC.70nsD.60ns

12、下列不屬于程序控制指令的是（）。

A.無條件轉(zhuǎn)移指令

B.條件轉(zhuǎn)移指令

C.中斷隱指令

D.循環(huán)指令

13、在下列尋址中，（）尋址方式需要先運算再訪問主存。

A.立即B.變址C.間接D.直接

14、依賴硬件的數(shù)據(jù)傳送方式是（）。

A.程序控制B.程序中斷CDMAD.無

15、I/O指令實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳送通常發(fā)生在（）。

A.I/。設備和I/O端U之間

B.通用寄存器和I/O設備之間

C.I/O端口和I/O端口之間

D.通用寄存器和I/O端口之間

二、填空題

16、存儲并按順序執(zhí)行，這是馮?諾依曼型計算機的工作原理。

17、由于存儲器芯片的容量有限，所以往往需要在和兩方面進行擴充才能滿

足實際需求。

18、數(shù)控機床是計算機在方面的應用，郵局把信件自動分練是在計算機方

面的應用。

19、按IEEE754標準，一個浮點數(shù)的階碼E的值等于指數(shù)的加上一個固定的

20、形成指令尋址的方式，稱為指令尋址方式，有順序?qū)ぶ泛蛯ぶ穬煞N，使用

來跟蹤。

2L計算機軟件一般分為兩大類：一類叫,另一類叫操作系統(tǒng)屬于類

22、當今的CPU芯片除了包括定點運算器和控制器外，還包括、運算器和

管理等部件6

23、一位十進制數(shù)，用BCD碼表示需要位二進制碼，用ASCII碼表示需要

位二進制碼。

24、對存儲器的要求是、、為了解決這三個方面的矛盾。計算機

采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)。

25、存儲器的技術(shù)指標有存儲容量、存取時間、和、

三、名詞解釋題

26、編譯程序:

27、向量地址:

28、指令編碼:

29、總線事務:

四、簡答題

30、DMA方式有什么特點？什么樣的I/O設備與主機交換信息時采用DMA方式，舉例

說明。

31、簡述同步總線的定時方式。

32、簡要說明通用I/O標準接口SCSI的性能特點。

33、一個較完善的指令系統(tǒng)應包括哪兒類?

五、計算題

34、已知計算機的字長為32位，存儲罌的容量為1MR.如果按字節(jié)、半字、字、雙字尋址，尋址范圍各

是多少？

35、一個16Kxl6位的存儲器,有IKx4位的DRAM芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由64x64構(gòu)成,

試問；

1）采用異步刷新方式，如果最大刷新間隔為2ms,則相鄰兩行之間的刷新

間隔是多少？

2）如果采用集中刷新方式，則存儲器刷新一遍最少用多少個存儲周期？設

存儲器的存儲周期為0.5us,“死區(qū)"占多少時間？"死時間率"為多少（刷新周

期為2ms）?

36、假設某字長為8位的計算機中，帶符號整數(shù)采用補碼表示，x=-68,y=-80>x

和y分別存放在寄存器A和B中。請回答下列問題（要求最終用十六進制表示二進制

序列）；

1）寄存器A和B中的內(nèi)容分別是什么？

2）若x和y相加后的結(jié)果存放在寄存器C中，則寄存器C中的內(nèi)容是什么？運

算結(jié)果是否正確？此時，溢出標志（OF）、符號標志（SF）和零標志（ZF）各是

什么？加法器最高位的進位C。是什么？

3）若x和y相減后的結(jié)果存放在寄存器D中，則寄存器D中的內(nèi)容是什么？運

算結(jié)果是否正確？此時，溢出標志（OF）、符號標志（SF）和零標志（ZF）各是

什么？加法器最高位的進位Cn是什么？

4）若將加法器最高位的進位Cn作為進位標志（CF）,則能否直接根據(jù)CF的

值對兩個帶符號整數(shù)的大小進行比較？

六、綜合題

37、某計算機的主存地址空間大小為256MB,按字節(jié)編址。指令Cache和數(shù)據(jù)

Cache分離，均有8個Cache行，每個Cache行大小為64B,數(shù)據(jù)Cache采用直接

映射方式?，F(xiàn)有兩個功能相同的程序A和B,其偽代碼如下所示：

程序A:程序B:

inta[256][256]；inta[256][256]；

假…

定

intsumarray1（）intsumarray2（）

I{

intij,sum=0：iniijsum=0：

for（i=0：i<256；i++）fbrQ=0：j<256：卅）

for0=0：j<256：jz）for（i=0：i<256：i-M-）

sum+=a[i][j]：sum+=afiKj）：

returnsum：returnsum：

int類型數(shù)據(jù)用32位補碼表示，程序編譯時，i、j、sum均分配在寄存器中，數(shù)組a

按行優(yōu)先方式存放，其首地址為320（+進制）o請回答下列問題，要求說明理由

或給出計算過程。

1）若不考慮用于Cache一致性維護和替換算法的控制位，則數(shù)據(jù)Cache的總?cè)萘?/p>

為多少？

2）數(shù)組元素a[0][31]和a[l]⑴各自所在的主存塊對應的Cache行號分別是多少

（Cache行號從0開始）？

3）程序A和B的數(shù)據(jù)訪問命中率各是多少？哪個程序的執(zhí)行時間更短?

38、某16位計算機中，帶符號整數(shù)用補碼表示，數(shù)據(jù)Cache和指令Cache分離。

表5-6給出了指令系統(tǒng)中部分指令格式，其中Rs和Rd表示寄存器，mem表示存儲

單元地址，（x）表示寄存器x或存儲單元x的內(nèi)容。

該計算機采用5段流水方式執(zhí)行指令，各流水段分別是取指IF、譯碼/讀寄存器ID、

執(zhí)行/計算有效地址EX、訪問存儲器M、結(jié)果寫回寄存器WB,流水線采用"按序

發(fā)射，按序完成"方式，沒有采用轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)處理數(shù)據(jù)相關(guān)，并且同一寄存器的讀和

寫操作不能在同一個時鐘周期內(nèi)進行。請回答下列問題。

1）若int型變量x的值為-513,存放在寄存器RI中,則執(zhí)行指令"SHRRI"后，R1

的內(nèi)容是多少？要求用十六進制表示。

指令系統(tǒng)中部分指令格式

名林指令的;【找格式指>功能

加法所。ADDRS.Rd(RsHRd)-Rd

”術(shù)左移SHI.Rd2，(Rd)rRd

算術(shù)看移SHRRd(Rd)/2-Rd

取數(shù)指令LOADRd.mem(nwmLRd

。數(shù)指令STORERs.mcm(Rs)-mcm

2）若某個時間段中，有連續(xù)的4條指令進入流水線，在其執(zhí)行過程中沒有發(fā)生任

何指令段阻塞，則執(zhí)行這4條指令所需的時鐘周期數(shù)為多少？

3）若高級語言程序中某賦值語句為x=a+b.x、a和b均為int型變量，它們的存

儲單元地址分別為岡、［a］和［b］。該語句對應的指令序列如下，其在指令流水線中

的執(zhí)行過程見表

IlLOADRI,[a]

12LOADR2,[b]

13ADDRI,R2

14STORER2,[x]

指令序列的執(zhí)行過程

時間日元

ffi勺

1234S678910II121314

11IFIDEXMWB

12IFIDEXMWB

13IKIDEXMWB

14IFIDEXMWB

這4條指令執(zhí)行過程中，13的ID段和14的IF段被阻塞的原因各是什么？

4）若高級語言程序中某賦值語句為x=2*x+a,x和a均為unsignedint型變量，它

們的存儲單元地址分別表示為僅人［a＞執(zhí)行這條語句至少需要多少個時鐘周期？

要求模仿表畫出這條語句對應的指令序列及其在流水線中的執(zhí)行過程示意圖。

39、某機器采用一地址格式的指令系統(tǒng)，允許直接和間接尋址（機器按字尋址）。

機器配有如下硬件：ACC、MAR、MDR、PC、X、MQ、IR以及變址寄存器R。

和基址寄存器Ra,均為16位。

1）若采用單字長指令，共能完成105種操作，則指令可直接尋址的范圍是多少？

一次間接尋址的范圍又是多少？

2）若采用雙字長指令，操作碼位數(shù)及尋址方式不變，則指令可直接尋址的范圍又

是多少？畫出其指令格式并說明各字段的含義。

3）若存儲字長不變，可采用什么方法訪問容量為8MB的主存？需增設哪些硬件？

參考答案

一、選擇題

1、C

2、A

3、B

4、A

5、D

6、C

7、C

8、D

9、A

10、C

11、A

12、C

13、B

14、C

15、D、

二、填空題

16、程序地址

17、存取時間存儲周期存儲器帶寬

18、自動控制人工智能

19、真值偏移量

20、跳躍程序計數(shù)器

21、系統(tǒng)程序應用程序系統(tǒng)程序

22、cache浮點存儲

23、47

24、容量大速度快成本低

25、存儲周期存儲器帶寬

三、名詞解釋題

26、編譯程序：

將高級語言程序轉(zhuǎn)換成機器語言程序的計算機軟件。

27、向量地址：

向量地址是存放服務程序入口地址的存儲單元地址，它由硬件形成3.雙重分組跳躍進位；

n位全加器分成若干大組，大組內(nèi)又分成若干小組，大組中小組的最高進位同時產(chǎn)生，大

組與大組間的進位串行傳送。

28、指令編碼；

將指令分成操作碼和操作數(shù)地址碼的幾個字段來編碼.

29、總線事務；

從總線的請求到完成總線的使用的操作序列。

四、簡答題

30、答；由于主存和DMA接口之間有一條數(shù)據(jù)通路，因此主存和設備交換信息時，不通

過CPU,也不需用CPU暫停現(xiàn)行程序為設備服務，省去了保護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場，因此工

作效率比程序中斷方式的效率高。適合于高速I/O或輔存與主存之間的信息交換。因為高

速1/0設備若每次申請與主機交換信息時，都要等待CPU作出中斷響應后再進行，很可

能因此使數(shù)據(jù)丟失。

31、答：規(guī)定固定的傳輸率，每隔一定的時間進行一次數(shù)據(jù)傳遞，一直到傳輸完畢。這是

一種比較簡單的通信方式，主要適合傳輸速度固定或者差異比較小的情況。

32、答：（1）SCSI接口總線有8條數(shù)據(jù)線、1條奇偶校驗線、9條控制線組成。使用

50芯電纜，規(guī)定了兩種電氣條件：單端驅(qū)動和差分驅(qū)動。（2）總線時鐘頻率高。（3）

SCSI接口總線以菊花鏈形式最多可接8臺設備。（4）每個SCSI設備有自己唯一的設備

號ID=0-7。ID=7的設備有最高優(yōu)先權(quán)，ID」0的設備優(yōu)先權(quán)最低。采用分布式總線仲裁

策略。（5）SCSI設備是指連接在SCSI總線上的智能設備，即除主適配器HBA外，其他

SCSI設備實際是外設的適配器或控制器。（6）SCSI設備是智能設備，對SCSI總線以至

主機屏蔽了實際外設的固有物理屬性，設備間可用一套標準命令進行數(shù)據(jù)傳送。（7）

SCSI設備間是一種對等關(guān)系，而不是主從關(guān)系。

33、答：包括：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、程序控制指令、輸入輸出

指令、堆棧指令、字符串指令、特權(quán)指令等。

五、計算題

34、解：首先1MB=8Mhit（為了在后面的計算中單位統(tǒng)一）按字節(jié)尋址時，尋址范圍為：

8Mbit/8bit=IMB.按半字尋址時，尋址范圍為；8Mbit/16bit=512KB0按字尋址時，尋址范圍為：

8Mbit/32bit=256KB。按雙字尋址時，尋址范圍為：8Mbit/64bit=128KB.

35、解析：不論采用何種刷新方式，刷新都是從單個芯片的存儲容量著手。

1）采用異步刷新方式，在2ms時間內(nèi)把芯片的64行刷新一遍，相鄰兩行之間的刷

新間隔=2ms/64=31.25〃s,可取的刷新間隔為31m。

2）如果采用集中刷新方式，則存儲器刷新一遍最少用64個存儲周期，因為存儲器

的存儲周期為0.5必，則"死區(qū)"二0.5匹乂64=32年，"死時間

率"=32/zs/2000/zsxl00%=l.6%o

36、解析；

1）[-68]fl=[-1000100B]補=10111100B=BCH。

[-80]^[-lOlOOOOB]4=10110000B=B0HO

所以，寄存器A和寄存器B中的內(nèi)容分別是BCH和BOH。

2）?[x+y]ih=[x]1h+[y]ft=10111100B+10110000B=（1）0U0100B=6CH,最

高位前面的一位1被丟棄，因此，寄存器C中的內(nèi)容為6CH。

2②寄存器C中的內(nèi)容為6CH,對應的真值為+108,而x+y的正確結(jié)果應是?68+

（-80）-148,故結(jié)果不正確。

③溢出標志位（OF）可采用以下任意一條規(guī)則判斷得到。

規(guī)則L若兩個加數(shù)的符號位相同，但與結(jié)果的符號位相異，則溢出6

規(guī)則2：若最高位上的進位和次高位上的進位不同，則溢出。

通過這兩個規(guī)則都能判斷出結(jié)果溢出，即溢出標志位（OF）為L說明寄存器C中

的內(nèi)容不是正確的結(jié)果。結(jié)果的第一位0為符號標志（SF）,表示結(jié)果為整數(shù)。因

為結(jié)果不為0,所以零標志ZF=0。

綜上，溢出標志（OF）為1,符號標志（SF）為0,零標志（ZF）為0。

④加法器最高位向前的進位Cn為I。

3）?[x-y]=[x]n+[-y],=10111100B+01010000B=（1）

OOOOUOOB=OCH,最高位前面的一位1被丟棄，因此，寄存器D中的內(nèi)容為CH。

②對應的真值為+12,結(jié)果正確。

③兩個加數(shù)的符號位相異一定不會溢出，因此溢出標志（OF）為0,說明寄

存器D中的內(nèi)容是真正的結(jié)果：結(jié)果的第一位0為符號標志（SF）,表示結(jié)果為正

數(shù)：因為結(jié)果不為0,所以零標志ZF=0。

綜上，溢出標志（OF）為0,符號標志（SF）為0,零標志（ZF）為0。

④加法器最高位向前的進位Ca為L

4)從2)和3)的例子就可得出,帶符號整數(shù)-68和?80時,C。為L而帶符

號數(shù)-68和80時，Cn一樣為1,所以若將加法器最高位的進位Ca作為進位標志

(CF).無法直接根據(jù)CF的值為斷兩個帶符號整數(shù)的大小。

六、綜合題

37、解析；1)Cache結(jié)構(gòu)如下。

V???TagData

此處的行即為塊(Block)。直接映射下，每塊的Cache結(jié)構(gòu)一般分為4個部

分，其中，V：1位，表示所在的塊是否有效。

...：表示用于Cache一致性維護和替換算法的控制位。

TAG：地址轉(zhuǎn)換標記。

如果不計算“二部分，則Cache的大小由V、Tag和Data(數(shù)據(jù))3部分組

成。在直接映射中，可以將地址分為如下3個部分：

Tag快索引塊內(nèi)

本題中，總的尋址位數(shù)為28位(228=256M)；塊內(nèi)位為6位(25-64),

5~0位;塊索引為3位(23=8),8~6位。因此，Tag=28?6?3=19位,即27?9

位。

每行(塊)的大小=V+Tag+數(shù)據(jù)=1+19+64x8位。

數(shù)據(jù)Cache有8行，總?cè)萘繛?1+19+64x8)x8/8=532B。

2)由于數(shù)組在存儲器中按行優(yōu)先方式存放，因此每個數(shù)盤元素占4B。數(shù)組

首地址為320,因此可知：

凱0][31]在存儲器中的地址為320+31x4=444=000110111100B

a皿1]在存儲器中的地址為320+(256+1)x4=1348=010101000100B按

直接映射方式，地址分為3部分，塊索引在地址的8~6位，因此兩地址所對應的塊

索引分別為6(110B)、5(101B)。

3）數(shù)組a中每個數(shù)據(jù)只用了一次，如果程序沒有命中，則從主存中讀入一塊,

大小64B,相當于16個整數(shù)。對于程序A,如果是按行連續(xù)存放的，那么從主存讀

入一塊到Cache（一次失配）后，隨后的15次便都Cache命中，讀一次管16次，

因此命中率為

［（216-212）/2可乂100%=93.75%

程序B隨列訪問數(shù)組a,由于Cache的容量太小，讀入的數(shù)據(jù)塊留不到下次用

便又被替換，因此每次都失敗，命中率為0%。

另一種算法是，由于數(shù)組a一行的數(shù)據(jù)量為1KB>64B,因此訪問第0行時，

每個元素都不命中，由于數(shù)組有256列，數(shù)據(jù)Cache僅有8行，故訪問數(shù)組后續(xù)列

元素仍然不命中，于是程序B的數(shù)據(jù)訪問命中率為0%。

由于從Cache讀數(shù)據(jù)比從內(nèi)存讀數(shù)據(jù)快很多，因此程序A的執(zhí)行時間更短。

分析；

1）V、Tag、Data是每個Cache塊（行）的必要組成。為了提高效率或者實

行替換算法，每個塊還需要一些控制位，這些位根據(jù)不同的設計要求而定。

2）本題中計算兩個數(shù)組元素的地址是關(guān)鍵。

3）命中率的計算是本問題的關(guān)鍵。注意數(shù)組訪問與數(shù)組在內(nèi)存中的存儲方

式，以及命中率的定義。

38、解析：

1）x的值為-513,可求得岡產(chǎn)1000001000000001B,除符號位外，各位取反

加1.可以求得岡產(chǎn)1111110111111111B.轉(zhuǎn)換成十六進制表示為:FDFFHo可

以得到，指令執(zhí)行前R1中存放的內(nèi)容為：FDFFH。執(zhí)行指令,SHRR1",表示將

寄存器RI的內(nèi)容算術(shù)右移1位，右移1位之后的結(jié)果為；11111U011111111B,

將其轉(zhuǎn)換成十六進制表示為；FEFFH,所以，執(zhí)行指令〃SHRRI〃后，R1的內(nèi)容

是FEFFH。

2）除了第1條指令需要5個時鐘周期輸出結(jié)果外，后面的3條指令都只需要一個時

鐘周期就可以輸出結(jié)果，所以至少需要5+（4-1）xl=8個時鐘周期。

3）各條指令語句的含義如下：

IlLOADRI,[a]〃將[a]單元中的內(nèi)容取出，送入寄存器R1中

12L0ADR2,[b]〃將[b]單元中的內(nèi)容取出，送入寄存器R2中

13ADDRI,R2〃將R1和R2單元中的內(nèi)容取出，送入寄存器R2中

14STORER2,[x]〃將寄存器R2單元中的內(nèi)容取出，送入岡中

很明顯，指令13需要指令I(lǐng)I與指令12的數(shù)據(jù)，所以存在數(shù)據(jù)相關(guān)，指令13必須等

到指令I(lǐng)I、12的結(jié)果分別寫回寄存器RI和R2,才能執(zhí)行讀寄存器操作，所以13的

ID段被阻塞。另外，由于指令13在ID段被阻塞，導致指令14不能完成取指令操作，

因此指令14的IF段被阻塞。

4）該條語句對應的指令序列有兩種情況,因為2x操作有加法：對應第一種）和左

移（對，應第二種）兩種方法實現(xiàn)

第一種第:種

IILOADRh[x]liLOADRh[x]

12L0ADR2,[a]12LOADR2,[a]

13ADDRI,RI